Modellszervezet

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Escherichia coli (kólibacilus), Gram-negatív prokarióta modellszervezet
Drosophila melanogaster (ecetmuslica), az egyik legismertebb kísérleti alany

A modellszervezet vagy modellorganizmus olyan (az emberi fajon kívüli) faj, amit annak reményében tettek kutatások célpontjává, hogy a fajjal kapcsolatban fellépő egy-egy biológiai jelenség vizsgálata közben tett felfedezések betekintést nyújtanak majd más szervezetek életfolyamataiba is.[1] Gyakran annak reményében tanulmányozzák a modellszervezeteket, hogy emberi betegségek gyógymódját vagy lehetséges okait felderítsék, olyan esetekben is, amikor az emberkísérletek alkalmazhatatlanok vagy etikátlanok lennének. Ezt a megközelítést az összes földi élőlény közös leszármazása, valamint az evolúció folyamán az anyagcsere-, a fejlődési útvonalak és a genom megőrződése teszi lehetővé.[2] A modellszervezetek tanulmányozásából fontos információk nyerhetők, de óvatosnak kell lenni a szervezetek közötti általánosítások megtételével.

Modellszervezet választása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A modellszervezetek olyan élőlények, melyek vizsgálatával bőségesen ki lehet nyerni olyan biológiai adatokat, amik hasznosnak bizonyulhatnak más, közvetlenül nehezebben tanulmányozható fajok – köztük az ember – vizsgálatakor. Vannak köztük genetikai modellek (rövid nemzedékváltások közti időkkel, mint az ecetmuslica vagy a C. elegans fonálféreg esetében), kísérleti modellek és az evolúciós törzsfában sarkalatos helyet elfoglaló genomikai modellek[3]. A modellszervezetekről sokszor kimerítő genomikai információkkal rendelkezünk, mint pl. a NIH modellszervezetek esetében.[4]

Gyakran jó kísérleti manipulálhatóságuk alapján választanak modellorganizmust. Az ezzel kapcsolatos jellemzők közé tartozik a rövid életciklus, genetikai manipulációs technikák (beltenyésztett törzsek, őssejtvonalak, genetikai transzformációs technikák) hozzáférhetősége, könnyen biztosítható életkörülmények. Sok esetben a modellszervezet genomjának speciális tulajdonságai miatt döntenek a szekvenálás mellett – például mert nagyon kompakt, vagy kis mértékben tartalmaz nem kódoló DNS-t, pl. az élesztő, az Arabidopsis vagy a gömbhal esetében.

Amikor a kutatók modellszervezetet választanak, több jellemzőt is figyelembe vesznek. Ilyen az élőlény mérete, életciklusának hossza, hozzáférhetősége, kísérleti manipulálhatósága, genetikája, különböző mechanizmusainak konzerváltsága, az elérhető gazdasági haszon. Mióta a genetikai vizsgálatok könnyebben elérhetővé, és az összehasonlító molekuláris biológiai kutatások elterjedtebbé váltak, az evolúciós törzsfa nagyobb területeiről választhatnak modellszervezetet a kutatók.

Modellszervezetek használata[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Mára számtalan modellszervezetet használnak a biológusok. A molekuláris biológiában használt egyik első modell az emberi emésztőrendszerben általános Escherichia coli. Számos, az E. coli-t fertőző bakteriális vírus, azaz bakteriofág (pl. a lambda-fág és a T4-fág) is rendkívül hasznosnak bizonyult a génszerkezet és a génszabályozás vizsgálatában. Magukat a bakteriofágokat vírusok lévén nem tekintik önálló élőlényeknek, mivel nincsen anyagcseréjük és kizárólag a gazdasejt közreműködésével képesek a sokszorozódásra.

Az eukarióták közül számos élesztőfajt, különösen a sörélesztőt (Saccharomyces cerevisiae) használtak széles körűen a genetikában és a sejtbiológiában, főként mert könnyen és gyorsan növeszthetők. Az egyszerű élesztő sejtciklusa nagyon hasonló az emberéhez, és szabályozó fehérjéi is homológok. A Sophophora melanogastert szintén az állatok között könnyűnek számító tartása, valamint jól látható örökletes jellegei, a nyálmirigyeiben lévő, fénymikroszkóp alatt vizsgálható, óriáskromoszómája (politénia) miatt. A C. elegans fonálférget azért választották, mert fejlődési állapotai meghatározott számú sejtet tartalmaznak, és rendellenességei könnyen észlelhetők.

Dohánymozaik-vírus részecskéinek elektronmikroszkópos képe

Fontos modellszervezetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Vírusok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A vírusok közé tartoznak:

Prokarióták[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Bacillus subtilis sporulációja

A prokarióták közé tartoznak:

Eukarióták[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az eukarióták közé tartoznak:

Protiszták[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Gombák[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Növények[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Állatok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Lásd még: kísérleti állat
Gerinctelenek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Gerinctelenek:

Gerincesek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Gerincesek:

Laboratóriumi egér

Specifikus kutatások modellszervezetei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Nemi szelekció és ivari konfliktusok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Hibrid zónák[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Bombina bombina és variegata
  • Podisma spp. (hegyisáska) az Alpokban
  • Caledia captiva (Orthoptera) Kelet-Ausztráliában

Ökológiai genomika[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Genetikai modellszervezetek táblázata[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az alábbi táblázat bemutatja néhány modellszervezet tekintetében a genomszekvenálási projekt állását, hogy a szervezet végez-e homológ rekombinációt és ismereteink szintjét a szervezet biokémiai útvonalairól.

Szervezet Genom szekvenált Homológ rekombináció Biokémia
Prokarióta
Escherichia coli Igen Igen Kiváló
Eukarióta, egysejtű
Dictyostelium discoideum Igen Igen Kiváló
Saccharomyces cerevisiae Igen Igen
Schizosaccharomyces pombe Igen Igen
Chlamydomonas reinhardtii Igen Nem
Tetrahymena thermophila Igen Igen
Eukarióta, többsejtű
Caenorhabditis elegans Igen Nehéz Nem túl jó
Drosophila melanogaster Igen Nehéz
Arabidopsis thaliana Igen Nem Gyenge
Gerinces
Danio rerio Igen Nem
Mus musculus Igen Igen
Xenopus laevis[19] Igen
Homo sapiens (Megjegyzés: nem modellszervezet) Igen Igen

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Fields S, Johnston M (2005. Mar). „Cell biology. Whither model organism research?”. Science 307 (5717), 1885–6. o. DOI:10.1126/science.1108872. PMID 15790833.  
  2. Fox, Michael Allen. The Case for Animal Experimention: An Evolutionary and Ethical Perspective. Berkeley and Los Angeles, California: University of California Press (1986). ISBN 0-520-05501-2 
  3. What are model organisms?
  4. NIH model organisms
  5. Chlamydomonas reinhardtii resources at the Joint Genome Institute
  6. Chlamydomonas genome sequenced published in Science, October 12, 2007
  7. Kües U (2000. June). „Life history and developmental processes in the basidiomycete Coprinus cinereus”. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 64 (2), 316–53. o. DOI:10.1128/MMBR.64.2.316-353.2000. PMID 10839819.  
  8. Davis, Rowland H.. Neurospora: contributions of a model organism. Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press (2000). ISBN 0-19-512236-4 
  9. doi:10.1038/nbt.1643
  10. ^ a b c d About Arabidopsis on The Arabidopsis Information Resource page (TAIR)
  11. [Organism]
  12. ^ a b Rensing SA, Lang D, Zimmer AD, et al. (2008. Jan). „The Physcomitrella genome reveals evolutionary insights into the conquest of land by plants”. Science 319 (5859), 64–9. o. DOI:10.1126/science.1150646. PMID 18079367.  
  13. Ralf Reski (1998): Physcomitrella and Arabidopsis: the David and Goliath of reverse genetics. In: Trends in Plant Science. 3:209-210. doi:10.1016/S1360-1385(98)01257-6
  14. Riddle, Donald L.. C. elegans II (Full text), Plainview, N.Y: Cold Spring Harbor Laboratory Press (1997). ISBN 0-87969-532-3 
  15. Manev H, Dimitrijevic N, Dzitoyeva S. (2003.). „Techniques: fruit flies as models for neuropharmacological research.”. Trends Pharmacol Sci. 24 (1), 41–3. o. DOI:10.1016/S0165-6147(02)00004-4. PMID 12498730.  
  16. (2005.) „A new model organism among the lower Bilateria and the use of digital microscopy in taxonomy of meiobenthic Platyhelminthes: Macrostomum lignano, n. sp. (Rhabditophora, Macrostomorpha)”. Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research 43, 114–126. o. DOI:10.1111/j.1439-0469.2005.00299.114–126.  
  17. The Appendicularia Facility at the Sars International Centre for Marine Molecular Biology
  18. Spitsbergen JM, Kent ML (2003.). „The state of the art of the zebrafish model for toxicology and toxicologic pathology research—advantages and current limitations”. Toxicol Pathol 31 (Suppl), 62–87. o. DOI:10.1080/01926230390174959. PMID 12597434.  
  19. JGI-Led Team Sequences Frog Genome”, GenomeWeb.com, Genome Web, 2010. április 29. (Hozzáférés ideje: 2010. április 30.) 
  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Model organism című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.